基于仿真軟件技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗教學

鄔歡歡

塔里木大學 新疆阿拉爾 843300

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)是一門介紹交換機與路由器工作原理、專業(yè)知識和操作技術(shù)的專業(yè)課程，其教學目標是讓學生具備使用各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的技能以及構(gòu)建和管理網(wǎng)絡(luò)的能力。為達到這一教學目標，必須加強實驗環(huán)節(jié)的教學。而網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的生產(chǎn)廠商不同，使用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)也不同，如思科產(chǎn)品和華為產(chǎn)品在組網(wǎng)時，連接、配置、管理等方面存在不小的差異。因此，在加強實驗教學時，應注重拓寬學生的知識面，使其掌握更多網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的安裝和配置方法，只有較為全面地了解各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應用環(huán)境，才能真正提高學生的動手能力和技能水平。本文以人才需求多樣性為導向，介紹了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)實驗教學中仿真軟件的應用。針對我校近年來的實際情況，利用Packet Tracer模擬器設(shè)計典型案例，作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)實驗教學的補充，從而豐富和擴展了實驗教學的方法和手段。

1 實驗教學已有基礎(chǔ)和存在問題

實踐教學在計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)教學中占有非常重要的地位，是教學活動的重要環(huán)節(jié)[1]。我院一直非常重視實踐教學的建設(shè)，于2007年建立了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗室。實驗室以小組為基本單位，建設(shè)了6組實驗平臺，每組平臺的實驗設(shè)備包含：2臺路由器(1臺H3C MSR 30-20，1臺Quidway R3680E)；4臺交換機(2臺H3C S3610，2臺Quidway S3900)；3臺計算機。實驗室建成以來，一直作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)課程實驗實訓的專門場所，提供真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓學生實際動手搭建網(wǎng)絡(luò)，調(diào)試、配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，學習交換機與路由器的使用方法。

但隨著學生規(guī)模擴大，專業(yè)實驗室建設(shè)跟不上教學要求等原因，現(xiàn)有條件下的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)實驗教學難以達到理想效果，出現(xiàn)了一些問題和不足。首先，實驗時間和空間的限制。由于學生的水平參差不齊，造成一部分學生在指定的教學時間內(nèi)不能按照要求完成學習任務(wù)，另有部分動手能力強的學生也可能需要更多的實驗設(shè)備和時間來完成更多、更復雜的實驗[2]。而從教學實際考慮，學生使用實驗室的時間都是以班為單位進行安排；而且網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗室由于設(shè)備多、價格高沒有對學生自由開放，學生不能利用課余時間自主學習，這在一定程度上影響了學生學習的積極性和主動性。其次，設(shè)備種類單一，實驗內(nèi)容不夠全面。我院的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備以華為產(chǎn)品為主，然而，目前市場上主流的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商有思科、華為、銳捷等。這些廠商的設(shè)備安裝的是自主研發(fā)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，在操作命令和管理方法上區(qū)別明顯，導致我校學生在完成實驗實訓后，卻不能馬上把技能投入到現(xiàn)實的應用中。

2 仿真軟件簡介

實際上，許多院校在計算機專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)實訓中也遇到過類似的問題，一些院校在教學過程中引入了模擬軟件進行輔助教學，用模擬軟件模仿真實的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)實訓。模擬軟件能夠模擬多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和實驗環(huán)境[3]，如計算機、路由器、交換機、防火墻等，而且模擬設(shè)備不存在損耗問題，能反復操作，同時學生也可以在自己的PC機上安裝相關(guān)軟件，可以不受時間地點的限制進行實驗，大大提高了學生自主學習的積極性。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的仿真模擬軟件也有很多類型，常見模擬器有Boson NetSim，Dynamips，思科的Packet Tracer和華為的HW_RouteSim等。在此，筆者簡單介紹一下這些仿真軟件的特點。

(1)Boson NetSim是Boson公司開發(fā)的一款模擬Cisco路由器、交換機組建虛擬網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)軟件，由網(wǎng)絡(luò)拓撲圖設(shè)計軟件Boson Network Designer和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備模擬器Boson NetSim組成[4]。該軟件的最大優(yōu)點是可以自定義網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及連接，在啟動NetSim時可以選擇自定義的拓撲結(jié)構(gòu)，對拓撲圖里的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行配置管理，缺點是虛擬實驗設(shè)備種類較少，且對某些命令的支持也不太好。

(2)Dynamips是一款主要模擬Cisco路由器的仿真軟件。Boson NetSim是對IOS命令行的模擬，而Dynamips是通過在計算機中構(gòu)建運行IOS的虛擬機真正運行IOS，實現(xiàn)對Cisco路由器的模擬[5]。GNS3是Dynamips的一個圖形前端，是一種可以仿真復雜網(wǎng)絡(luò)的圖形化模擬器，具有較強的可操作性。

(3)Packet Tracer是由Cisco公司推出的一款免費模擬軟件，專門用于思科的CCNA認證培訓，是目前操作最接近真實環(huán)境的模擬工具。該軟件提供了2種數(shù)據(jù)傳輸測試模式：Realtime模式和Simulation模式[6]。在Realtime的圖形用戶模式上可以直接使用拖拽方法建立網(wǎng)絡(luò)拓撲；在Simulation的界面中以Flash動畫的形式模擬數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中進行詳細傳輸過程，使學生更容易理解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運行原理。

(4)HW_RouteSim是華為系列設(shè)備的模擬器。但是軟件的版本較低，能夠仿真的設(shè)備和支持的命令較少，仿真功能不盡如人意。

通過對以上仿真軟件的比較，我們選擇了Packet Tracer作為輔助教學軟件。在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗室里，使用真實設(shè)備完成華為交換機、路由器的網(wǎng)絡(luò)實驗，引入Packet Tracer模擬軟件，在仿真環(huán)境下完成Cisco設(shè)備的配置實驗。這樣在教學過程中以虛、實2種方式完成知識和技能的學習，兼顧了學生知識的多樣性，保證了校內(nèi)實踐鍛煉與實際工作需求的一致性。

3 基于Packet Tracer的網(wǎng)絡(luò)仿真實驗

筆者通過一個配置實例演示仿真軟件在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實驗教學中的應用。實驗名稱是利用Packet Tracer5.3實現(xiàn)跨交換機VLAN的配置。交換機上VLAN的作用是將物理上互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)在邏輯上劃分為多個互不相干的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)之間是無法通信的，因此廣播也就隔離開了。它不僅解決了網(wǎng)絡(luò)中廣播的問題，也很好地解決了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的安全問題。借助VLAN技術(shù)不僅能增加網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性，控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播，而且能增加網(wǎng)絡(luò)的安全性[7]。因此在交換機配置教學中，VLAN配置是非常重要的內(nèi)容。

3.1 實驗目的

(1)學習Cisco交換機Trunk和VTP的配置方法。

(2)理解VTP的含義及管理交換機組VLAN的用法。

3.2 實驗規(guī)劃

選用1臺Cisco 3560交換機，2臺Cisco2950交換機，4臺PC機以及若干網(wǎng)線，組建實驗網(wǎng)絡(luò)。其中，3560的Fa0/24端口連接2950A(switch0)交換機的Fa0/24端口，3560的Fa0/23端口連接2950B(switch1)交換機的Fa0/24端口；2950A交換機Fa0/1端口連接PC0的以太網(wǎng)口，F(xiàn)a0/2端口連接PC1的以太網(wǎng)口；2950B交換機Fa0/1端口連接PC2的以太網(wǎng)口，F(xiàn)a0/2端口連接PC3的以太網(wǎng)口。PC0和PC2屬于同一子網(wǎng)(VLAN2)，它們的IP地址在C類網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/24內(nèi)；PC1和PC3屬于另一子網(wǎng)(VLAN3)，它們的IP地址在C類網(wǎng)絡(luò)192.168.2.0/24內(nèi)。如圖1所示。

3.3 配置過程

實驗網(wǎng)絡(luò)搭建完成后，按要求設(shè)置4臺PC機的IP地址，此時整個局域網(wǎng)中未設(shè)置其他VLAN(只有默認VLAN1)，這4臺PC機互Ping，應都能連通。接下來，開始對交換機進行配置。

(1)選擇2950A交換機，把端口劃分到相應的VlAN。相關(guān)命令如下：

同理，選擇2950B交換機并劃分VLAN，過程與2950A相似。

(2)配置trunk鏈路。2個Cisco 2950交換機使用fastthernet0/24端口分別與核心交換機(3560)的24和23端口相連，這兩條鏈路應為trunk，相連的每個端口為trunk類型，配置命令相同。交換機2095A相關(guān)命令如下：

(3)配置VTP協(xié)議。

Cisco 3560交換機作為VTP Server，是局域網(wǎng)中的核心交換機。3560交換機相關(guān)配置命令如下：

圖2為3560交換機的VTP狀態(tài)信息。其中，VTP Operating Mode值為Server，VTP Domain Name值為senya。

2個作為接入層的交換機的配置VTP的命令類似，2950A的配置命令如下：

圖3為2950A交換機的VTP狀態(tài)信息。其中，VTP Operating Mode值為Client，VTP Domain Name值為senya。管理域內(nèi)的每臺交換機都必須使用相同的域名。

(4)在核心交換機Cisco 3560上創(chuàng)建兩個VLAN:VLAN2名稱為technology；VLAN 3名稱為sales。

#創(chuàng)建VLAN2，并配置IP地址為192.168.1.254

#創(chuàng)建VLAN3，并配置IP地址為192.168.2.254

(5)連通性測試。分別在2950和3560上使用show vlan命令查看配置情況，再用Ping命令檢查各PC機之間的通信情況。

此時，4臺PC機被分割在2個不同的VLAN中(VLAN1：technology，VLAN2 sales)，PC0與PC2劃入了同一VLAN(technology)而能Ping通，PC1與PC3劃入了同一VLAN(sales)而能Ping通，而PC0與PC1雖然連接在同一個2950A交換機上，但不能Ping通，從而驗證了跨交換機之間相同VLAN可以相互通信，不同VLAN之間相互隔離。達到了任務(wù)的要求。

4 結(jié)束語

通過使用Packet Tracer模擬軟件進行跨交換機VLAN配置的教學，可以讓每一位學生都能自己動手實踐，提高了學生學習的積極性，保證了教學質(zhì)量?；谀M軟件的實驗，豐富了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)課程實驗實訓內(nèi)容，但并不能完全替代真實實驗，它只能是傳統(tǒng)實驗的一種輔助和擴展。結(jié)合學院已有條件，根據(jù)虛實交替，優(yōu)化互補的原則，把仿真軟件技術(shù)與傳統(tǒng)實驗手段有機結(jié)合起來，讓學生更好地理解知識、掌握技能，提高綜合實踐能力，這才是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)實驗教學的重要意義。

[1]李佳,江濤.計算機網(wǎng)絡(luò)專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)仿真軟件的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010(9):59-62.

[2]宋白玉,趙桂云.淺談用Packet Tracer進行高職《網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)》教學[J].科技信息,2011(33):108-109.

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[4]董思妤,陳立云,曹智一.Boson NetSim在計算機網(wǎng)絡(luò)工程教學中的應用研究[J].電腦知識與技術(shù),2011(5):3606-3607.

[5]甘敬周.虛擬技術(shù)和模擬器在網(wǎng)絡(luò)實驗室的應用[J].賀州學院學報,2012,28(2):136-139.

[6]趙思佳,尹婷.基于Packet Tracer模擬器構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)課程教學平臺[J].湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學院學報,2010,1(16):15-18.

[7]陳建銳.軟件仿真下的VLAN配置實驗探索[J].實驗室研究與探索,2011,2(30):78-81.

[8]Cisco_Packet_Tracer5.0全攻略[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/25b3bdd2c1c708a1284a44de.html.